專利名稱：用于在燃氣渦輪發(fā)動機中使用的轉(zhuǎn)子組件及其組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所描述的實施例總體涉及燃氣渦輪發(fā)動機，更具體而言涉及與燃氣渦輪發(fā)動機一起使用的轉(zhuǎn)子組件。
背景技術(shù)：
至少一些已知的燃氣渦輪發(fā)動機包括燃燒器、聯(lián)接在燃燒器下游的壓縮機、渦輪機及可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接在壓縮機和渦輪機之間的轉(zhuǎn)子組件。至少一些已知的轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子軸、聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸上的至少一個轉(zhuǎn)子盤(rotor disk)以及聯(lián)接到各轉(zhuǎn)子盤上的多個周向隔開的轉(zhuǎn)子葉片或輪葉(bucket)。各轉(zhuǎn)子葉片包括從轉(zhuǎn)子葉片平臺(plattform)徑向向外延伸的翼型部(airfoil)。至少一些公知的轉(zhuǎn)子葉片還包括從柄部(shank)徑向向內(nèi)延伸的燕尾榫，該柄部在平臺和燕尾榫之間延伸。燕尾榫用于將轉(zhuǎn)子葉片安裝在轉(zhuǎn)子盤內(nèi)。至少一些已知的輪葉的根部節(jié)段利用插入形成在轉(zhuǎn)子盤中的燕尾榫槽內(nèi)的燕尾榫聯(lián)接到轉(zhuǎn)子
In ο已知的轉(zhuǎn)子葉片是中空的并且包括至少部分由翼型部、平臺、柄部及燕尾榫限定的內(nèi)部冷卻空腔。旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片或輪葉引導(dǎo)高溫流體例如燃燒氣體通過渦輪機。由于渦輪發(fā)動機典型地在較高溫度下工作，因此轉(zhuǎn)子葉片或輪葉的翼型部部分通常暴露于高于同一翼型部的根部部分的溫度。結(jié)果，常常形成熱梯度，并且隨著時間推移，連續(xù)暴露于高溫可能導(dǎo)致葉片頂部過早失效。此類失效可需要更換損壞的渦輪機輪葉并需要使渦輪機停止工作以便能夠修理或更換損壞的葉片。因此，提供轉(zhuǎn)子盤和渦輪機輪葉的增強的冷卻的轉(zhuǎn)子組件可降低維護成本并延長轉(zhuǎn)子組件的工作壽命。通過延長轉(zhuǎn)子組件的工作壽命，有利于降低燃氣渦輪發(fā)動機的運行成本。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供一種組裝與渦輪發(fā)動機一起使用的轉(zhuǎn)子組件的方法。該方法包括提供轉(zhuǎn)子軸并將至少一個轉(zhuǎn)子盤聯(lián)接到該轉(zhuǎn)子軸上，從而在轉(zhuǎn)子軸和轉(zhuǎn)子盤之間限定冷卻路徑。該轉(zhuǎn)子盤包括大致圓柱形主體，該主體具有在徑向內(nèi)緣和徑向外緣之間延伸的上游表面和下游表面。第一冷卻板聯(lián)接到轉(zhuǎn)子盤的下游表面上，以在第一冷卻板和下游表面之間限定冷卻管道(duct)。該冷卻管道構(gòu)造成將冷卻流體從冷卻路徑引向外緣。另一方面，提供一種與渦輪機一起使用的轉(zhuǎn)子組件。該轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子軸和至少一個轉(zhuǎn)子盤，該轉(zhuǎn)子盤聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸上，從而在轉(zhuǎn)子軸和轉(zhuǎn)子盤之間限定冷卻路徑。該轉(zhuǎn)子盤包括在徑向內(nèi)緣和徑向外緣之間延伸的大致圓柱形的主體。該主體在上游表面和下游表面之間大體軸向地延伸。冷卻組件聯(lián)接到該轉(zhuǎn)子盤上。該冷卻組件包括第一冷卻板，該第一冷卻板聯(lián)接到下游表面上，從而在第一冷卻板和下游表面之間限定冷卻管道。該冷卻管道構(gòu)造成將冷卻流體從冷卻路徑引向外緣。又一方面，提供一種燃氣渦輪發(fā)動機。該燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機和渦輪機，該渦輪機與壓縮機以流連通的方式(in flow communication)聯(lián)接，以接收由壓縮機排出的空氣的至少一些。轉(zhuǎn)子軸可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到渦輪機上。至少一個轉(zhuǎn)子盤聯(lián)接到該轉(zhuǎn)子軸上，從而在轉(zhuǎn)子軸和轉(zhuǎn)子盤之間限定冷卻路徑。該轉(zhuǎn)子盤包括在徑向內(nèi)緣和徑向外緣之間延伸的大致圓柱形的主體。該主體在上游表面和下游表面之間大體軸向地延伸。冷卻組件聯(lián)接到該轉(zhuǎn)子盤上。該冷卻組件包括第一冷卻板，該第一冷卻板聯(lián)接到下游表面上，從而在第一冷卻板和下游表面之間限定冷卻管道。該冷卻管道構(gòu)造成將冷卻流體從冷卻路徑引向外緣。


圖1是示例性渦輪發(fā)動機的示意圖。圖2是可與圖1中所示的燃氣渦輪發(fā)動機一起使用的示例性轉(zhuǎn)子組件的一部分的局部剖視圖。圖3是圖2中所示的轉(zhuǎn)子組件的一部分的放大局部剖視圖。圖4是圖3中所示且沿線4-4截取的轉(zhuǎn)子組件的局部截面圖。部件清單10 渦輪發(fā)動機系統(tǒng)12 進口區(qū)段14 壓縮機區(qū)段16 燃燒器區(qū)段18 渦輪機區(qū)段20 排放區(qū)段22 轉(zhuǎn)子軸24 燃燒器26 燃料噴嘴組件28 負載30 轉(zhuǎn)子盤組件32 轉(zhuǎn)子組件34 多個級36 定子導(dǎo)葉(vane)38 渦輪機輪葉40 轉(zhuǎn)子盤42 渦輪機殼體44 中心孑L 口46 盤體48 內(nèi)緣50 轉(zhuǎn)子盤外緣52 轉(zhuǎn)子盤上游表面54 轉(zhuǎn)子盤下游表面56 軸向支撐臂58 間隙
59排 60排61熱氣體路徑62翼型部64平臺66柄部68燕尾榫70柄部側(cè)壁72前蓋板74后蓋板76柄部空腔78通路80前天使翼(angel wing)82前緩沖空腔(buffer cavity)84后天使翼86后緩沖空腔88前下天使翼90間隙92外表面94冷卻流路徑96冷卻流體100冷卻組件102第一冷卻板104 冷卻板106 第一冷卻盤108 內(nèi)部分110 外部分111 孔口112 冷卻管道114 內(nèi)表面116 入口開口118 出口開口120 凸緣122 導(dǎo)葉124 返回空氣管道126 第二冷卻盤128 內(nèi)部分130 外部分131 孔口
132返回空氣入口開口

134返回空氣出口開口136上部冷卻凸緣138通道140冷卻回路142高溫燃燒氣體144流動行程(Flow leg)150入口邊緣152壓力側(cè)154吸力側(cè)(suction side)156出口邊緣158冷卻通道160第一寬度162第二寬度164多個紊流器(turbulator)
具體實施例方式文中所描述的示例性方法和系統(tǒng)通過提供一種有利于跨越轉(zhuǎn)子盤和渦輪機輪葉排的表面的增強的冷卻而克服已知的轉(zhuǎn)子組件的缺點。更具體而言，文中所描述的實施例提供一種轉(zhuǎn)子盤，該轉(zhuǎn)子盤包括將冷卻流體從沿轉(zhuǎn)子軸限定的冷卻路徑引向渦輪機輪葉的冷卻組件。在該示例性實施例中，該冷卻組件包括多個導(dǎo)葉(vane)，其向冷卻流體施予 (impart)離心力以有利于從轉(zhuǎn)子軸徑向向外引導(dǎo)冷卻流體。該冷卻流體有利于降低轉(zhuǎn)子盤和渦輪機輪葉的溫度，從而增加轉(zhuǎn)子組件的使用壽命。如文中所用，術(shù)語“上游”指的是燃氣渦輪發(fā)動機的前端或入口端，而術(shù)語“下游” 指的是燃氣渦輪發(fā)動機的后端或噴嘴端。圖1是示例性渦輪發(fā)動機系統(tǒng)10的示意圖。在該示例性實施例中，渦輪發(fā)動機系統(tǒng)10包括進口區(qū)段12、聯(lián)接在進口區(qū)段12下游的壓縮機區(qū)段14、聯(lián)接在壓縮機區(qū)段14下游的燃燒器區(qū)段16、聯(lián)接在燃燒器區(qū)段16下游的渦輪機區(qū)段18以及排放區(qū)段20。渦輪機區(qū)段18經(jīng)由轉(zhuǎn)子軸22聯(lián)接到壓縮機區(qū)段14上。在該示例性實施例中，燃燒器區(qū)段16包括多個燃燒器24。燃燒器區(qū)段16聯(lián)接到壓縮機區(qū)段14上使得每個燃燒器24均定位成與壓縮機區(qū)段14處于流連通。燃料噴嘴組件26聯(lián)接到各燃燒器24上。渦輪機區(qū)段18聯(lián)接到壓縮機區(qū)段14和負載28 (例如但不限于發(fā)電機和/或機械驅(qū)動應(yīng)用)上。在該示例性實施例中，每個壓縮機區(qū)段14和渦輪機區(qū)段18包括聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸22上以形成轉(zhuǎn)子組件32 的至少一個轉(zhuǎn)子盤組件30。在工作期間，進口區(qū)段12將空氣引向壓縮機區(qū)段14，在其中空氣在朝燃燒器區(qū)段 16排出之前被壓縮到較高的壓力和溫度。壓縮空氣與燃料混合并被點燃以產(chǎn)生被引向渦輪機區(qū)段18的燃燒氣體。更具體而言，在燃燒器24中，燃料(例如天然氣和/或燃料油)被噴射到空氣流中，并且燃料空氣混合物被點燃以產(chǎn)生被引向渦輪機區(qū)段18的高溫燃燒氣體。隨著燃燒氣體向渦輪機區(qū)段18和轉(zhuǎn)子組件32施予旋轉(zhuǎn)能，渦輪機區(qū)段18將來自氣體流的熱能轉(zhuǎn)換為機械旋轉(zhuǎn)能。圖2是可與渦 輪發(fā)動機系統(tǒng)10 —起使用的示例性轉(zhuǎn)子組件32的一部分的局部剖視圖。圖3是轉(zhuǎn)子組件32的放大局部剖視圖。圖3中示出的相同的構(gòu)件標(biāo)有在圖2中使用的相同的附圖標(biāo)記。在該示例性實施例中，渦輪機區(qū)段18包括多個級34，各級包括旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子盤組件30和靜止的定子導(dǎo)葉36排。在該示例性實施例中，各轉(zhuǎn)子盤組件30包括聯(lián)接到轉(zhuǎn)子盤40上的多個渦輪輪葉38。各轉(zhuǎn)子盤40聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸(例如轉(zhuǎn)子軸22)上。渦輪機殼體42圍繞渦輪機輪葉38和定子導(dǎo)葉36周向延伸，使得定子導(dǎo)葉36由殼體42支撐。在該示例性實施例中，各轉(zhuǎn)子盤40是環(huán)狀的并且包括貫通轉(zhuǎn)子盤40大致軸向延伸的中心孔口 44。更具體而言，盤體46從中心孔口 44徑向向外延伸，而中心孔口 44尺寸設(shè)計成容納貫通中心孔口 44的轉(zhuǎn)子軸22。盤體46在徑向內(nèi)緣48和徑向外緣50之間徑向延伸，并且從上游表面52軸向延伸到相對的下游表面54。各上游表面52和下游表面54 在內(nèi)緣48和外緣50之間延伸。軸向支撐臂56聯(lián)接在相鄰的轉(zhuǎn)子盤40之間，以形成轉(zhuǎn)子組件32。各渦輪輪葉38聯(lián)接到轉(zhuǎn)子盤40的外緣50上并從盤體46徑向向外延伸。渦輪機輪葉38在轉(zhuǎn)子盤40周圍周向隔開。相鄰的轉(zhuǎn)子盤40定向為使得在每排59周向隔開的渦輪機輪葉38之間限定間隙58。間隙58尺寸設(shè)計成容納從渦輪機殼體42朝轉(zhuǎn)子軸22向內(nèi)延伸的一排60周向隔開的定子導(dǎo)葉36。更具體而言，定子導(dǎo)葉36在轉(zhuǎn)子軸22周圍周向隔開并定向為將燃燒氣體向下游引向渦輪機輪葉38。在渦輪機殼體42和各轉(zhuǎn)子盤40之間限定有熱氣體路徑61。各排59渦輪機輪葉38和各排60定子導(dǎo)葉36至少部分延伸穿過熱氣體路徑61的一部分。在該示例性實施例中，各渦輪機輪葉38從轉(zhuǎn)子盤40徑向向外延伸并包括翼型部 62、平臺64、柄部66及燕尾榫68。平臺64在翼型部62和柄部66之間延伸，從而各翼型部 62從平臺64朝渦輪機殼體42徑向向外延伸。柄部66從平臺64徑向向內(nèi)延伸到燕尾榫 68。燕尾榫68從柄部66徑向向內(nèi)延伸并使渦輪機輪葉38能夠牢固聯(lián)接到轉(zhuǎn)子盤40上。 柄部側(cè)壁70在前蓋板72和后蓋板74之間延伸。柄部側(cè)壁70相對于前蓋板72和后蓋板 74凹入(recess)，使得當(dāng)渦輪機輪葉38聯(lián)接到轉(zhuǎn)子盤40上時，在周向相鄰的柄部側(cè)壁70 之間限定柄部空腔76。在一個實施例中，環(huán)狀通路78被限定通過柄部66和燕尾榫68并從轉(zhuǎn)子盤40延伸到平臺64。通路78使得冷卻流體流能夠從轉(zhuǎn)子盤外緣50被引向平臺64。 在該示例性實施例中，前天使翼80從前蓋板72向外延伸，以有利于密封被限定在轉(zhuǎn)子盤上游表面52和定子導(dǎo)葉36之間的前緩沖空腔82。后天使翼84從后蓋板74向外延伸，以有利于密封被限定在轉(zhuǎn)子盤下游表面54和定子導(dǎo)葉36之間的后緩沖空腔86。在該示例性實施例中，前下天使翼88從前蓋板72向外延伸，以有利于渦輪機輪葉38和轉(zhuǎn)子盤40之間的密封。更具體而言，前下天使翼88定位在燕尾榫68和前天使翼80之間。轉(zhuǎn)子盤內(nèi)緣48從轉(zhuǎn)子軸22徑向向外隔開一定距離使得在轉(zhuǎn)子軸22的外表面92 和內(nèi)緣48之間限定間隙90。轉(zhuǎn)子盤40被聯(lián)接在一起使得在轉(zhuǎn)子軸22和各轉(zhuǎn)子盤40之間限定冷卻流路徑94。冷卻流路徑94構(gòu)造成有利于將冷卻流體96流從壓縮機區(qū)段14引導(dǎo)通過渦輪機區(qū)段18。冷卻組件100聯(lián)接到至少一個轉(zhuǎn)子盤40上以便用于將冷卻流體從冷卻流路徑94引向渦輪機輪葉38。更具體而言，在該示例性實施例中，冷卻組件100將冷卻流體96從轉(zhuǎn)子盤內(nèi)緣48引向外緣50。
在該示例性實施例中，冷卻組件100包括第一冷卻板12和第二冷卻板104。第一冷卻板102聯(lián)接到轉(zhuǎn)子盤下游表面54上，而第二冷卻板聯(lián)接到轉(zhuǎn)子盤上游表面52上。第一冷卻板102包括在內(nèi)部分108和徑向外部分110之間延伸的第一冷卻盤106。第一冷卻盤 106包括由內(nèi)部分108限定的孔口 111?？卓?111尺寸設(shè)計成容納轉(zhuǎn)子軸22。在該示例性實施例中，第一冷卻盤106跨越下游表面54從內(nèi)緣48延伸到外緣50，并與轉(zhuǎn)子盤40隔開距離Cl1使得在第一冷卻盤106的內(nèi)表面114和轉(zhuǎn)子盤下游表面54之間限定冷卻管道112。 入口開口 116限定在轉(zhuǎn)子盤下游表面54和內(nèi)部分108之間，而出口開口 118限定在下游表面54和外部分110之間。在該示例性實施例中，冷卻管道112在入口開口 116和118之間延伸以便用于將冷卻流體96從入口開口 116引導(dǎo)通過出口開口 118。入口開口 116使冷卻流體96能夠從冷卻流路徑94被引導(dǎo)到冷卻管道112中。第一冷卻盤106定向為與轉(zhuǎn)子盤下游表 面54大致平行使得冷卻管道112具有從內(nèi)部分108到外部分110的大致均勻的寬度W。在該示例性實施例中，內(nèi)部分108大致包圍轉(zhuǎn)子軸外表面92并與外表面92徑向隔開距離d2，從而冷卻流路徑94的至少一部分被限定在第一冷卻板102和轉(zhuǎn)子軸22之間。第一冷卻板102將來自冷卻流路徑94的冷卻流體96的至少一部分經(jīng)冷卻管道112引向轉(zhuǎn)子盤外緣50，以有利于轉(zhuǎn)子盤40和各渦輪機輪葉38的冷卻。在一個實施例中，凸緣120從內(nèi)部分108朝轉(zhuǎn)子軸22徑向向內(nèi)延伸。在該示例性實施例中，多個導(dǎo)葉122聯(lián)接在轉(zhuǎn)子盤40和第一冷卻盤106之間。導(dǎo)葉122被周向隔開且各自在盤內(nèi)部分108和外部分110之間延伸。導(dǎo)葉122在冷卻流體96 進入冷卻管道112的入口開口 116后施予離心力。冷卻管道112將冷卻流體96從入口開口 116引導(dǎo)到出口開口 118。入口開口 116被限定在一對周向相鄰的導(dǎo)葉122之間。更具體而言，在該示例性實施例中，入口開口 116和內(nèi)部分108相鄰。出口開口 118被限定在相鄰的導(dǎo)葉122之間使得各出口開口 118與外部分110相鄰。冷卻板104聯(lián)接到轉(zhuǎn)子盤40上并與上游表面52隔開距離d3使得在冷卻板104 和上游表面52之間限定返回空氣管道124。在該示例性實施例中，冷卻板104包括第二冷卻盤126。第二冷卻盤126包括內(nèi)部分128和徑向外部分130?？卓?131由尺寸設(shè)計成容納轉(zhuǎn)子軸22的內(nèi)部分128限定。外部分130定位在轉(zhuǎn)子盤外緣50附近。內(nèi)部分128包圍轉(zhuǎn)子軸22。轉(zhuǎn)子盤內(nèi)緣48定位成比內(nèi)部分128更靠近外表面92。返回空氣管道124在返回空氣入口開口 132和返回空氣出口開口 134之間延伸。返回空氣入口開口 132限定在外部分130和上游表面52之間。返回空氣出口開口 134限定在內(nèi)部分128和上游表面52之間。返回空氣管道124使得冷卻流體96能夠從轉(zhuǎn)子盤外緣50被引導(dǎo)到冷卻流路徑94。在該示例性實施例中，冷卻組件100包括在冷卻板102和104之間延伸使得冷卻管道112與返回空氣管道124以流連通的方式聯(lián)接的上部冷卻凸緣136。通道138限定在冷卻板外部分110和冷卻板外部分130之間。通道138形成冷卻回路140的一部分以便用于將冷卻流體96從冷卻管道112引導(dǎo)到返回空氣管道124。在工作期間，壓縮機區(qū)段14(在圖1中示出)壓縮空氣并將壓縮空氣排入燃燒器區(qū)段16 (在圖1中示出)并朝渦輪機區(qū)段18排出。從壓縮機區(qū)段14排出的大部分空氣被引向燃燒器區(qū)段16，而從壓縮機區(qū)段14排出的較小部分的空氣向下游朝向渦輪機區(qū)段18 被引導(dǎo)，以便用于冷卻轉(zhuǎn)子組件32。更具體而言，加壓的壓縮空氣的第一流動行程142被引導(dǎo)到燃燒器24(在圖1中示出)，在其中空氣與燃料混合并被點燃以產(chǎn)生高溫燃燒氣體142。燃燒氣體142被引向熱氣體路徑61，在其中氣體142沖擊到渦輪機輪葉38和定子導(dǎo)葉36上，以有利于在轉(zhuǎn)子組件32上施予旋轉(zhuǎn)力。壓縮空氣還進入第二流動行程144以便用作冷卻流體96。從流動行程144排出的空氣被引導(dǎo)到轉(zhuǎn)子軸22和轉(zhuǎn)子盤40之間的冷卻流路徑94中。隨著轉(zhuǎn)子組件32旋轉(zhuǎn)，冷卻組件100將從流動行程144排出的空氣的至少一部分從冷卻流路徑94通過各冷卻管道112向外引向轉(zhuǎn)子盤外緣50圖4是轉(zhuǎn)子組件32沿剖面線4-4的局部截面圖。圖4中示出的相同的構(gòu)件標(biāo)有圖2和圖3中所用的相同的參考標(biāo)號。在該示例性實施例中，導(dǎo)葉122在第一冷卻板102 的內(nèi)部分108和外部分110之間延伸。各導(dǎo)葉122的入口邊緣150在由內(nèi)部分108限定的孔口 111周圍周向隔開?？卓?111尺寸設(shè)計成將轉(zhuǎn)子軸22容納在其中使得冷卻流路徑94 被周向限定在轉(zhuǎn)子軸22和第一冷卻板102之間。各導(dǎo)葉122包括壓力側(cè)152和相對的吸力側(cè)154。各壓力側(cè)152和吸力側(cè)154在入口邊緣150和出口邊緣156之間延伸。各對周向隔開的相鄰導(dǎo)葉122被隔開使得在入口開口 116和出口開口 118之間限定冷卻通道158。 各冷卻通道158還被限定在第一冷卻盤106和下游表面54 (在圖2中示出)之間。各入口開口 116在入口邊緣150處在導(dǎo)葉122的壓力側(cè)152和相鄰的吸力側(cè)154之間延伸。各出口開口 118在出口邊緣156處在壓力側(cè)152和相鄰的吸力側(cè)154之間延伸。入口開口 116 具有小于出口開口 118的第二寬度162的第一寬度160。各導(dǎo)葉122形成為弓形并定向為使得冷卻通道158被限定為帶有從內(nèi)部分108朝外部分110向外發(fā)散的螺旋形狀。在一個實施例中，多個紊流器164例如翅片(fin)和/或肋片在冷卻通道158內(nèi)聯(lián)接到下游表面 54和/或第一冷卻盤106上，以有利于將熱量從轉(zhuǎn)子盤40傳遞到冷卻流體96。在工作期間，冷卻流體96通過各入口開口 116被引導(dǎo)到冷卻通道158內(nèi)。隨著冷卻流體96進入入口開口 116，轉(zhuǎn)子組件32的旋轉(zhuǎn)致使導(dǎo)葉122向冷卻流體96施予離心力， 從而增加各冷卻通道158內(nèi)的冷卻流體96的壓力。隨著離心力作用在冷卻流體96上，在入口開口 116和出口開口 118之間引起冷卻流體96內(nèi)的差壓。冷卻通道158將冷卻流體 196從入口開口 116向外排出到出口開口 118。冷卻流體96有利于在流體96被引導(dǎo)跨越下游表面54時對流地冷卻轉(zhuǎn)子盤40。冷卻流體96撞擊支撐臂56，以有利于轉(zhuǎn)子盤外緣50 和支撐臂56的冷卻。在一個實施例中，冷卻流體96的至少一部分被引導(dǎo)到各輪葉通路78 中，以有利于冷卻柄部66和平臺64。以上描述的轉(zhuǎn)子組件有利于降低燃氣輪機的工作溫度。更具體而言，通過提供具有聯(lián)接到轉(zhuǎn)子盤的外表面上的冷卻組件的轉(zhuǎn)子組件，冷卻流體從轉(zhuǎn)子軸被徑向向外地引向渦輪機輪葉，以有利于冷卻轉(zhuǎn)子組件。此外，通過組裝包括多個冷卻通道的冷卻組件，通過轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力有利于引導(dǎo)冷卻流體通過冷卻通道，以降低轉(zhuǎn)子組件的工作溫度。此外，通過提供具有冷卻組件的轉(zhuǎn)子組件，與未將冷卻流體從轉(zhuǎn)子軸引向渦輪機輪葉的已知的轉(zhuǎn)子組件相比增加了轉(zhuǎn)子盤的冷卻。因此，有利于降低維護燃氣渦輪發(fā)動機系統(tǒng)的成本。以上詳細描述了用于在燃氣渦輪發(fā)動機中使用的轉(zhuǎn)子組件及其組裝方法的示例性實施例。方法和設(shè)備并不局限于本文所描述的特定實施例，相反，系統(tǒng)的構(gòu)件和/或方法的步驟可與本文所描述的其它構(gòu)件和/或步驟獨立地且分開地利用。例如，方法和設(shè)備也可結(jié)合其它燃燒系統(tǒng)和方法使用，并且不局限于僅利用如本文所描述的燃氣渦輪發(fā)動機組件來實施。相反，示例性實施例能夠結(jié)合許多其它燃燒系統(tǒng)應(yīng)用來實現(xiàn)和利用。
雖然本發(fā)明各種實施例的特定特征可能在一些附圖中示出而在其它附圖中未示出，但這只是為了方便。此外，以上描述中對“一個實施例”的參照并非旨在將其解釋為排除同樣結(jié)合了所提及的特征的其它實施例的存在。根據(jù)本發(fā)明的原理，附圖的任何特征可結(jié)合任何其它附圖的任何特征進行參引和/或要求保護。 該書面的描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還可使本領(lǐng)域中的技術(shù)人員實踐本發(fā)明，包括構(gòu)造和使用任何裝置或系統(tǒng)并執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明可授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括本領(lǐng)域中的技術(shù)人員想到的其它示例。如果這種其它實例具有不異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這種其它實例包括與權(quán)利要求書的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這種其它實例意圖處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于與渦輪機(18) —起使用的轉(zhuǎn)子組件(32)，所述轉(zhuǎn)子組件(3 包括轉(zhuǎn)子軸(22)；至少一個轉(zhuǎn)子盤GO)，其聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子軸上，從而在所述轉(zhuǎn)子軸和所述至少一個轉(zhuǎn)子盤之間限定冷卻路徑(94)，所述至少一個轉(zhuǎn)子盤包括在徑向內(nèi)緣08)和徑向外緣(50) 之間延伸的大致圓柱形的主體，所述主體在上游表面(5 和下游表面(54)之間大體軸向地延伸；以及聯(lián)接到所述至少一個轉(zhuǎn)子盤上的冷卻組件(100)，所述冷卻組件包括第一冷卻板 (102)，該第一冷卻板(10 聯(lián)接到所述下游表面上，從而在所述第一冷卻板和所述下游表面之間限定冷卻管道(112)，所述冷卻管道構(gòu)造成將冷卻流體(96)從所述冷卻路徑引向所述外緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件(32)，其特征在于，所述冷卻組件(100)還包括聯(lián)接在所述下游表面(54)和所述第一冷卻板(10 之間的多個導(dǎo)葉(36)，每個所述導(dǎo)葉從所述內(nèi)緣G8)朝所述外緣(50)向外延伸，相鄰的所述導(dǎo)葉隔開周向距離，從而在所述每對周向相鄰的導(dǎo)葉之間限定冷卻通道(158)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子組件(32)，其特征在于，每個所述導(dǎo)葉(36)包括成形為引導(dǎo)冷卻流體(96)通過每個所述冷卻通道(158)的弓形外表面(92)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子組件(32)，其特征在于，所述每對周向隔開的導(dǎo)葉(36) 被隔開使得所述冷卻通道(158)被限定為帶有小于出口開口(134)的入口開口(132)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子組件(32)，其特征在于，所述第一冷卻板(104)包括內(nèi)凸緣(120)，所述內(nèi)凸緣從所述第一冷卻板向內(nèi)延伸，以限定入口開口(132)，該入口開口 (132)延伸到限定在所述轉(zhuǎn)子盤內(nèi)緣G8)和所述軸02)之間的冷卻流體路徑(94)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子組件(32)，其特征在于，所述冷卻組件(100)還包括第二冷卻板，所述第二冷卻板聯(lián)接到所述上游表面(5 上使得在所述第二冷卻板和所述上游表面之間限定返回空氣管道(IM)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子組件(32)，其特征在于，所述至少一個轉(zhuǎn)子盤00)至少包括第一轉(zhuǎn)子盤，該第一轉(zhuǎn)子盤聯(lián)接到第二轉(zhuǎn)子盤上，所述第一冷卻板(104)聯(lián)接到相鄰的第二冷卻板上使得所述冷卻管道(11 與所述返回空氣管道以流連通的方式聯(lián)接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件(32)，其特征在于，所述冷卻組件(100)還包括聯(lián)接到所述第一冷卻板(104)上的至少一個紊流器(164)。
9.一種渦輪發(fā)動機(10)，包括壓縮機(14)；渦輪機，其與所述壓縮機以流連通的方式聯(lián)接，以接收由所述壓縮機排出的空氣的至少—些；可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到所述渦輪機上的轉(zhuǎn)子軸02)；至少一個轉(zhuǎn)子盤GO)，其聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子軸上，從而在所述轉(zhuǎn)子軸和所述至少一個轉(zhuǎn)子盤之間限定冷卻路徑(94)，所述至少一個轉(zhuǎn)子盤包括在徑向內(nèi)緣和徑向外緣(50)之間延伸的大致圓柱形的主體，所述主體在上游表面(5 和下游表面(54)之間大體軸向地延伸；以及聯(lián)接到所述至少一個轉(zhuǎn)子盤上的冷卻組件(100)，所述冷卻組件包括第一冷卻板(104)，該第一冷卻板(104)聯(lián)接到所述下游表面上，從而在所述第一冷卻板和所述下游表面之間限定冷卻管道(112)，所述冷卻管道構(gòu)造成將冷卻流體(96)從所述冷卻路徑引向所述外緣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪發(fā)動機(10)，其特征在于，所述冷卻組件(100)還包括聯(lián)接在所述下游表面(54)和所述第一冷卻板(10 之間的多個導(dǎo)葉(36)，每個所述導(dǎo)葉從所述內(nèi)緣G8)朝向所述外緣(50)向外延伸，相鄰的所述導(dǎo)葉隔開周向距離，從而在所述每對周向相鄰的導(dǎo)葉之間限定冷卻通道(158)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在燃氣渦輪發(fā)動機中使用的轉(zhuǎn)子組件及其組裝方法，具體而言，提供一種與渦輪機(18)一起使用的轉(zhuǎn)子組件(32)。該轉(zhuǎn)子組件(32)包括轉(zhuǎn)子軸(22)；至少一個轉(zhuǎn)子盤(40)，其聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸上，從而在轉(zhuǎn)子軸和該至少一個轉(zhuǎn)子盤之間限定冷卻路徑(94)，該至少一個轉(zhuǎn)子盤包括在徑向內(nèi)緣(48)和徑向外緣(50)之間延伸的大致圓柱形主體，該主體在上游表面(52)和下游表面(54)之間大體軸向地延伸；以及聯(lián)接到該至少一個轉(zhuǎn)子盤上的冷卻組件(100)，該冷卻組件包括第一冷卻板(102)，該第一冷卻板聯(lián)接到下游表面上，從而在第一冷卻板與下游表面之間限定冷卻管道(112)，該冷卻管道構(gòu)造成將冷卻流體(96)從冷卻路徑引向外緣。
文檔編號F01D5/06GK102383863SQ20111018978
公開日2012年3月21日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者塞戈維亞 E·耶格羅 申請人:通用電氣公司